为研究列车以400km/h速度通过隧道的气动特性,本文利用三维、瞬态可压缩的k-两方程湍流模型数值模拟了8车编组高速列车通过100 m2隧道的气动效应,包括高速列车通过隧道时的车体表面、隧道壁面的压力时程曲线和隧道出口的微压波。结果表明(1)列车通过隧道时,车体相同横断面上的不同表面测点压力变化规律一致,幅值差异较小;(2)非流线型车体不同横断面表面测点压力的变化幅值存在一定差异,差异幅值最大为4.8%;(3)随着测点与头车鼻尖距离的增加,车体表面测点的负压幅值逐渐增大,尾车表面的负压幅值最大,较头车表面负压幅值增加14.3%;(4)沿列车行驶方向,隧道壁面压力变化幅值呈现出先增加后降低的趋势,在隧道中部250 m和隧道出口位置,不同测点压力变化幅值最大相差79%。

高速列车驶入隧道产生初始压缩波,压缩波以音速传播至隧道出口处向外辐射形成压力脉冲波,影响居民的心理健康,带来了严重的环境问题。隧道微气压波与隧道出口端内压缩波梯度成正比,而列车头部驶入隧道的初始压缩波最大梯度与列车速度的3次方近似成正比,因此,在隧道洞口设置缓冲结构可大幅度降低初始压缩波的最大梯度值,是控制和消除微气压波危害的主要措施之一。本文采用三维可压缩非定常流动的N-S方程和SST-kω湍流模型,基于有限体积法和重叠网格法,在研究未设缓冲结构初始压缩波基本特征的基础上,研究400 km/h条件下等截面无开孔扩大型缓冲结构对初始压缩波波形和压力梯度的影响规律,并比较不同缓冲结构断面面积与隧道断面面积比值对压缩波波形和降低压力梯度的影响规律,以期为400 km/h隧道缓冲结构的设计提供基础。

本文以大宁河特大桥为工程背景,通过风洞试验和风-车-桥耦合分析,对比了未设置导风屏障、设置2.5 m、3 m高导风屏障3种工况下的列车三分力系数、风速折减系数,研究了横风对350 km/h速度列车、桥梁的动力响应的影响,结果表明(1)桥面设置导风屏障后,列车的侧力系数和倾覆力矩系数大幅衰减,桥梁的侧力系数明显增大;(2)该桥不设置防风措施,风速达到15 m/s时,列车就须限速通行;设置高度3 m的导风屏障后,风速达到30 m/s,列车仍可按设计350 km/h速度安全通过;(3)导风屏障的设置并未增加桥梁的动力响应,反而因其合理的挡、导风结构减小了大风对桥梁的影响。

日本是世界上较早研究高速铁路隧道洞口微气压波问题以及减缓措施的国家,在新干线建设和运营过程中积累了比较丰富的工程技术经验。本文全面调研了日本新干线隧道缓冲结构设置的原则、类型,主要技术指标或参数,特别是新干线提速过程中遇到的隧道空气动力学问题和处理对策,以期对于我国400 km/h及以上高速铁路的建设提供借鉴。

为提高矩形盾构隧道管片接缝的防水性能,本文依托某城市火车站矩形盾构隧道工程,利用ABAQUS有限元分析软件建立弹性密封垫模型并优选了密封垫截面型式,结果表明:(1)截面型式C、D、E密封垫在正常压缩工况与错位压缩工况下均能满足张开度7 mm、错位量12 mm的防水要求,截面型式A、B防水性能较差;(2)正常压缩工况各截面型式密封垫防水性能总体上从高到低依次为C/E、D、B、A;错位压缩工况各截面型式密封垫防水性能总体上从高到低依次为C/D、E、B、A。研究结果可为类似工程的管片接缝防水设计提供参考。